印刷OLED顯示屏工藝過程簡介

添加時(shí)間：2020/11/20

    隨著中國制造2025 政策的指引，作為中國第三大進(jìn)口產(chǎn)品之一的顯示屏生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)越發(fā)火熱。TCL 華星光電、BOE 京東方、天馬、和輝維信諾等企業(yè)在盈利能力大幅改善的同時(shí)，亦加大了在顯示技術(shù)上的投入，謀求在顯示屏生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈中高端研發(fā)位置占據(jù)一席之地。
    隨著玻璃尺寸一再變大，大尺寸屏幕的生產(chǎn)從8.5 代直接跨度到10 代和10.5 代，根據(jù)邊際效益遞減原理，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的弊端也越發(fā)明顯。
    由此各大廠商均在尋求新的顯示制作技術(shù)，以降低大尺寸屏幕生產(chǎn)成本的同時(shí)，從長遠(yuǎn)來看實(shí)現(xiàn)柔性、R2R 等工藝的制作技術(shù)。由此，印刷顯示的研究逐漸的被提上了日程。
    國內(nèi)各大廠商，如BOE 在合肥，而華星光電和天馬（廣東聚華）在廣州均成立相應(yīng)的印刷顯示技術(shù)研究所，希望能和日韓系廠商站在同一起跑線上進(jìn)行競爭。
    誠然，印刷顯示是未來顯示技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向，且和傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比有各種優(yōu)勢(shì)，但是該技術(shù)也存在一些先天的局限，其未來的發(fā)展依然充滿了變數(shù)。雖然近年來印刷技術(shù)已經(jīng)取得了不少成就，但是和傳統(tǒng)行業(yè)相比，印刷工藝還有很長的道路要走。本文對(duì)印刷工藝制成面臨的困難進(jìn)行簡單的解讀，以供大家參考。（本文的印刷制成僅考慮噴墨印刷制程）
    簡而言之，印刷顯示在大規(guī)模生產(chǎn)前所面臨的問題如下：
    技術(shù)
    現(xiàn)在打印的器件性能總體上接近于旋涂器件，但是離蒸鍍器件還有相當(dāng)長的一段距離。
    除去器件性能以外，現(xiàn)有印刷技術(shù)還面臨的問題有：
    工藝穩(wěn)定性不高：在生產(chǎn)上穩(wěn)定性壓倒一切
    于噴墨印刷過程來說，其工藝上穩(wěn)定性的壓力來自于以下3個(gè)方面：
    墨水
    墨水的穩(wěn)定性是印刷制成的關(guān)鍵因素，且除去其自身性質(zhì)變化因素外，影響墨水穩(wěn)定性的較大的因素是氣泡。假設(shè)現(xiàn)有廠商能穩(wěn)定且大量提供無雜質(zhì)墨水的前提下，墨水在運(yùn)輸、灌入過程中會(huì)引入氣泡，而如何去除氣泡暫時(shí)還沒有良好的解決方法。
    常規(guī)實(shí)驗(yàn)室工藝為將墨水長時(shí)間負(fù)壓靜置，以便較大氣泡上浮至表面破裂。這種處理方法在工業(yè)上是否適用有待考證。同時(shí)靜置法能去除較大的氣泡，但是較小的氣泡能夠存在于液體中很長時(shí)間。
    考慮到常用工業(yè)用噴頭單次出墨量為10pl，則其噴頭尺寸一般為20－30 um。則整個(gè)打印系統(tǒng)對(duì)微小氣泡異常敏感。
    氣泡的存在不僅僅會(huì)存在氣栓現(xiàn)象，影響墨水的流動(dòng)；同時(shí)因?yàn)闅馀菘梢砸苿?dòng)和壓縮，則其會(huì)在噴墨頭內(nèi)游動(dòng)，造成單噴頭或多噴頭的出墨不穩(wěn)或無法出墨現(xiàn)象。
    印刷
    除去在小型研發(fā)機(jī)臺(tái)上部分會(huì)采用單噴頭單噴嘴系統(tǒng)外，在中型平臺(tái)以上一般均會(huì)采用單噴頭多噴頭嘴系統(tǒng)。該噴頭可以在印刷過程中用多噴頭進(jìn)行噴印，從而在提高生產(chǎn)效率的前提下，能夠達(dá)到均化每個(gè)像素點(diǎn)內(nèi)墨水體積的作用。
    印刷上的穩(wěn)定性體現(xiàn)在為噴頭的穩(wěn)定性。
    與蒸鍍不同，一般在印刷工藝前會(huì)對(duì)噴頭進(jìn)行校準(zhǔn)，其后再進(jìn)行印刷。但是印刷過程中無法對(duì)噴頭狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)（出墨速度快，需要專用高速攝像頭延時(shí)抓拍），則一旦噴印中1 個(gè)噴頭出現(xiàn)故障，則其不僅僅影響1 個(gè)像素，而是會(huì)影響1 列、甚至多列像素。
    比如因?yàn)槌瞿^少導(dǎo)致功能層較薄，導(dǎo)致屏幕出現(xiàn)Mura（部分可通過TFT調(diào)節(jié)），或者印刷EML時(shí)偶然歪斜，出現(xiàn)紅綠像素混色現(xiàn)象（混色會(huì)連續(xù)性出現(xiàn)，之間影響整體印刷效果）。
    成膜
    成膜亦是溶液法印刷的難點(diǎn)之一。墨水在印刷上去時(shí)已然在表面開始揮發(fā)，一般墨水邊緣揮發(fā)速度較快，則會(huì)出現(xiàn)咖啡環(huán)現(xiàn)象。
    該現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)有較為成熟的解決方案。但實(shí)驗(yàn)室僅對(duì)30 mm x 30 mm大小的基板進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)在面臨的難點(diǎn)是對(duì)于大尺寸面板的干燥問題。
    即便是在200 mm x 200 mm平臺(tái)上，大規(guī)模均勻成膜還是難點(diǎn)之一。
    主要難點(diǎn)體現(xiàn)在印刷完基板中部和基板邊緣處揮發(fā)速度呈現(xiàn)較大差異，比如中間揮發(fā)較慢，邊緣揮發(fā)較快，則器件點(diǎn)亮?xí)r呈現(xiàn)明顯無法修復(fù)的Mura。
    工藝耗時(shí)較長
    印刷為溶液法制程，一般印刷OLED器件中需要印刷1－3層，其中1－2層為共用功能層，而第三層為EML層。
    耗時(shí)較長主要表現(xiàn)為工藝處理時(shí)間較長。以常見OLED器件為例，因?yàn)樾枰谱?層功能層，則需要分別進(jìn)行三次打印。
    為了避免溶液在低溫?fù)]發(fā)損壞噴頭，一般印刷用墨水沸點(diǎn)在150℃－250℃以上，造成該溶液揮發(fā)困難，則在現(xiàn)階段依然需要真空設(shè)備。
    每次打印需要真空干燥，部分材料為了提高性能還需要烘烤。則為了打印1個(gè)OLED器件，其需要重復(fù)進(jìn)行印刷－干燥－烘烤3次。干燥為低壓或真空，意味這需要真空Chamber。
    備需求復(fù)雜
    配套設(shè)備需求較多
    若采用高沸點(diǎn)溶劑，則在現(xiàn)階段依然需要真空設(shè)備。和常規(guī)Mask技術(shù)不同，印刷用的真空設(shè)備對(duì)真空度要求不高，但是為了穩(wěn)定成膜，對(duì)真空設(shè)備抽速和真空恒壓性能有很高要求。
    以常規(guī)印刷OLED器件制成來看，除去array段與ITO圖形化與蒸鍍段相同外，印刷制成需要以下工藝流程：
    制作Bank（PDL）結(jié)構(gòu)
    在array上均勻制作一層Bank以限定溶液流動(dòng)，制作方式可以為小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或Slit／ Slot Dye方式制作。
    材料為光刻膠，其后通過曝光、顯影、刻蝕、清洗后才能形成可用圖案，則在該階段需要一張Mask。
    印刷為疊層結(jié)構(gòu)
    假設(shè)常規(guī)印刷OLED中HIL、HTL和EML為印刷層，則其制作完Mask后基本需要經(jīng)過以下流程：
    － HIL印刷，印刷完畢后真空干燥（聚合物需加熱交聯(lián)）；
    － HTL印刷，印刷完畢后真空干燥（聚合物需加熱交聯(lián)）；
    － EML 印刷，若RGB為同體系溶液，可一并印刷后真空干燥（聚合物需加熱交聯(lián)）；
    即便在沒有聚合物的前提下，每層的制作最少經(jīng)過打?。D(zhuǎn)移至真空腔－真空腔干燥－轉(zhuǎn)移出等幾個(gè)步驟。
    與傳統(tǒng)工藝相比，除去設(shè)備的增加外，印刷的時(shí)間過長亦提高了制作成本。
    制作完EML后，再以蒸鍍方式制作ETL、EIL和電極
    完成器件封裝
    在假設(shè)3個(gè)功能層真空條件且不需要Baking的條件下，則除去打印機(jī)外，額外需要設(shè)備為：
    制作Bank：Slit 機(jī)器、Baking設(shè)備、真空Chamber、曝光刻蝕設(shè)備。
    功能層：理想情況各功能層為同一材料體系、有相同的干燥工藝且不需要Baking交聯(lián)，則需要1個(gè)真空Chamber；若三層材料體系不同、干燥工藝不同且需要Baking，則需要3個(gè)獨(dú)立真空Chamber（可集成熱臺(tái)功能）。
    廢液處理和收集設(shè)備：需注意的是大部分有機(jī)良溶劑為有機(jī)溶劑，呈現(xiàn)一定的毒性，無法直接排放。同時(shí)較高的沸點(diǎn)也使得該類液體回收困難。
    易耗品的增加
    對(duì)印刷打印來看，其噴頭是易耗品。即便對(duì)于最便宜的Fujifilm噴頭其價(jià)格也在數(shù)千至數(shù)萬美金不等。
    即便以研發(fā)平臺(tái)為準(zhǔn)來看，印刷OLED設(shè)備最少需要5個(gè)噴頭來對(duì)應(yīng)5個(gè)不同功能層，在產(chǎn)線上為了提高效率，對(duì)于同一功能層的印刷需要多個(gè)噴頭系統(tǒng)進(jìn)行打印，則產(chǎn)線上噴頭使用數(shù)量在10個(gè)以上。無形中直接提高了生產(chǎn)成本和維護(hù)成本。